Технические науки / Металлургия

Усенко Ю.И., Иванов В.И., Каюков Ю.Н.,

Болюк С.В., Моисейко Ю.В.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ОХЛАЖДЕНИЯ

ПОЛОСОВОЙ СТАЛИ В РУЛОНАХ

Национальная металлургическая академия Украины,

Запорожская государственная инженерная академия

Охлаждение рулонов листовой стали под муфелем колпаковых электропечей типа ПСК-210 осуществляют при помощи устройств подачи воды, обеспечивающих непосредственный контакт наружной поверхности жароупорного муфеля с охлаждающей водой. При этом, чем раньше после снятия нагревательного колпака выполняют подачу охлаждающей воды, тем меньше срок службы муфеля. В то же время увеличение времени запаздывания подачи воды приводит к удлинению процесса охлаждения стопы рулонов.

С целью интенсификации процесса охлаждения рулонов листовой стали под муфелем колпаковых электропечей рассматриваемого типа было предложено специальное устройство, размещаемое в полости центральной тупиковой трубы муфеля. Применение данного устройства, обеспечивающего одновременное охлаждение водой муфеля и тупиковой трубы, по сравнению с односторонним охлаждением, позволяет при одном и том же времени запаздывания подачи воды достигнуть сокращения продолжительности охлаждения рулонов листовой стали на 20...25 %.

Наличие резервов по производительности печи в процессе охлаждения металла может быть использовано при разработке режима термической обработки стопы рулонов стальной полосы с более поздним включением системы водяного охлаждения. В свою очередь, это позволяет существенно снизить перепады температуры и термические напряжения по высоте и периметру муфеля в начала процесса охлаждения, а, следовательно, повысить его стойкость и срок службы.

Определение влияния времени запаздывания подачи охлаждающей воды на продолжительность охлаждения стопы рулонов под муфелем колпаковых электропечей типа ПСК-210 при наличии и отсутствии вышеуказанного охлаждающего устройства, а также изучение возможности интенсификации процесса охлаждения за счет использования предварительного воздушного охлаждения, проводили на электротепловой модели данной печи.

Результаты моделирования позволили установить, что при одностороннем охлаждении стопы рулонов массой 15,0 т его продолжительность в случае запаздывания подачи охлаждающей воды на 24,0 ч возрастает на 5,1 ч (11,9 %), а при двустороннем охлаждении – на 3,2 ч (9,7 %).

Задержка подачи воды на 24,0 часа, когда в значительной степени устраняется опасность нарушения целостности муфеля в случае применения центрального водяного холодильника, экономически вполне обосновано. Так, по сравнению с односторонним подводом воды продолжительность охлаждения стопы рулонов массой 15,0 т при использовании центрального холодильника и подаче воды на наружную поверхность муфеля через 24,0 ч не только не возрастает, но и сокращается с 42,9 до 36,2 ч, т.е. на 15,6 %.

Исследованиями на электротепловой модели установлено, что при прочих равных условиях реализация двустороннего охлаждения стопы рулонов в колпаковой электропечи типа ПСК-210 позволяет на 23...30 % повысить скорость охлаждения стальной полосы по сравнению с односторонним.

Кроме того, ускорить процесс охлаждения стопы рулонов в колпаковых электропечах данного типа можно путем обдувки наружной боковой поверхности муфеля компрессорным или вентиляторным воздухом, влияние которого возрастает с увеличением времени запаздывания подачи охлаждающей воды. Так, в случае обдува поверхности муфеля воздушными потоками с коэффициентом теплоотдачи a = 10 Вт/(м² К) достигается сокращение длительности охлаждения стопы рулонов массой 15,0 т на 11,6 % при одностороннем и на 7,8 % - при двустороннем подводе потоков охладителя.

Результатами промышленных испытаний охлаждающего устройства установлена высокая сходимость результатов моделирования и исследований в заводских условиях. Так, длительность охлаждения стопы рулонов полосовой стали под муфелем колпаковых электропечей типа ПСК-210, в случае применения центрального водяного холодильника, сократилась по сравнению с односторонним охлаждением на 21...26 %. Следовательно, расхождение экспериментальных данных с результатами моделирования не превышает 2...4 %.

Полученные результаты использовали при разработке рациональных режимов охлаждения стопы рулонов полосовой стали, направленных на сокращение их продолжительности при существенном возрастании срока службы жароупорного муфеля.

При рассмотрении различных режимов охлаждения стальной полосы в рулонах было выявлено, что наиболее целесообразным (с точки зрения достижения высокой производительности колпаковой электропечи при достаточно высокой стойкости ее жароупорного муфеля) является режим, предусматривающий охлаждение стопы рулонов стальной полосы под муфелем в течение 24,0 ч в атмосфере неподвижного воздуха и последующее охлаждение муфеля водой со стороны его наружной и внутренней боковой поверхности до достижения температуры в отстающей точке стопы не более 160° С. В этом случае общая продолжительность процесса охлаждения стопы рулонов стальной полосы в зависимости от ее массы снижается по сравнению с односторонним охлаждением на 9...15 %.